KR20080114197A - Position computation apparatus of wearable robot arm using human force input and wearable robot arm having the same and position moving method of robot arm using the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 갖는 다관절의 로봇암을 보여주는 사시도이다.1 is a perspective view showing a multi-arm robot arm having a device for calculating the position and attitude of the robot arm of the present invention.
도 2는 본 발명에 따르는 힘센서의 장착상태를 보여주는 사시도이다.2 is a perspective view showing a mounting state of the force sensor according to the present invention.
도 3은 본 발명의 로봇암을 통한 본 발명의 위치 산출 장치의 동작원리에 대한 제 1예를 보여주는 도면이다.3 is a view showing a first example of the operation principle of the position calculation device of the present invention through the robot arm of the present invention.
도 4는 본 발명의 다관절의 로봇암을 보여주는 측면도이다.Figure 4 is a side view showing the robot arm of the articulated joint of the present invention.
도 5는 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치의 동작원리에 대한 제 2예를 보여주는 도면이다.5 is a view showing a second example of the operation principle of the robot arm position and attitude calculation apparatus of the present invention.
도 6은 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 보여주는 블록도이다.Figure 6 is a block diagram showing a position and attitude calculation device of the robot arm of the present invention.
도 7은 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동방법을 보여주는 흐름도이다.7 is a flow chart showing a method for moving the position of the robot arm of the articulated joint using the robot arm position and attitude calculation apparatus of the present invention.
도 8은 본 발명에 따르는 제 1단계를 보여주는 흐름도이다.8 is a flowchart showing a first step according to the invention.
도 9는 본 발명에 따르는 제 2단계를 보여주는 흐름도이다.9 is a flowchart showing a second step according to the invention.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
100 : 로봇암 200 : 구동부100: robot arm 200: drive unit
300 : 힘센서 400 : 위치 산출 장치300: force sensor 400: position calculation device
410 : 초기 위치 산출부 411 : 각도 측정 수단410: initial position calculation unit 411: angle measuring means
412 : 좌표 측정 수단 420 : 이동 위치 산출부412: coordinate measuring means 420: moving position calculator
421 : 좌표 예측 수단 422 : 역변환 처리부421: coordinate prediction means 422: inverse transform processing unit
423 : 변환 각도 산출 수단 430 : 제어부423: conversion angle calculation means 430: control unit
본 발명은 다관절의 착용형 로봇암에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체의 상지에 착용가능하고 인체의 팔과 로봇암의 타단에 장착된 힘센서에 외력이 가해지면 3축으로의 힘의 크기와 방향을 사용하여 상기 로봇암은 인체의 팔의 이동 위치를 예측함과 아울러 상기 로봇암을 인체 팔의 상기 이동 위치로 이동시킬 수 있는 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치와 이를 갖는 착용형 다관절 로봇암 및 이를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-joint wearable robot arm, and more particularly, when the external force is applied to the force sensor mounted on the upper arm of the human body and mounted on the other end of the human arm and robot arm, the magnitude of the force in three axes. The position of the wearable articulated robot arm using the input force of the human body to predict the moving position of the arm of the human body and to move the robot arm to the moving position of the human arm using the direction and And a posture calculating device, a wearable articulated robot arm having the same, and a method of moving the robot arm in the articulated joint using the same.
일반적으로 인체 착용형 근력지원로봇은 이를 착용한 사용자가 움직이고자 하는 위치로 로봇을 동작시키기 위한 동기 신호 획득 방법에 따라 생체신호 입력형 로봇과, 힘센서 입력형 로봇으로 나눌 수 있다.In general, a wearable muscle strength support robot may be divided into a biosignal input robot and a force sensor input robot according to a method of obtaining a synchronization signal for operating the robot to a position to be moved by a user wearing the robot.
상기 생체신호 입력형 로봇의 경우에, 사용자 동기 신호 입력의 측면에서 고려하여 보면, 상기 생체신호 입력형 로봇은 사용자의 직접적인 근육신호를 사용한다. 따라서, 이에 대한 응답성이 빠르다. 그러나, 일반적으로 외골격로봇 착용시 생체신호 취득을 위한 부착물들을 추가로 착용해야하는 번거로움이 있는 문제점이 있다.In the case of the biosignal input robot, the biosignal input robot uses a user's direct muscle signal in view of the user synchronization signal input. Therefore, the response is fast. However, there is a problem in that it is cumbersome to additionally wear attachments for obtaining a biosignal when the exoskeleton robot is worn.
또한, 사용자 동기 신호 입력의 측면에서 사용자의 직접적인 근육신호를 이용하기 때문에 빠른 응답성을 기대할 수 있으나 같은 동작을 반복적으로 측정하는 경우에, 측정되는 신호가 일정하지 않고, 각 근육마다 활성화 높이가 다른 문제점이 있다.In addition, since the direct muscle signal of the user is used in terms of user synchronization signal input, fast response can be expected. However, when the same motion is repeatedly measured, the measured signal is not constant and the activation height is different for each muscle. There is a problem.
그리고, 종래에는 하나의 관절이 동작하는 경우에 많은 근육이 복잡하게 작용하기 때문에 실시간 동작 생성이 어렵고, 일부 근육들은 다른 관절의 움직임에 대해 영향을 받는다는 점에서 신호 획득이 어렵다는 문제점을 갖는다. In the related art, many muscles are complicated when one joint operates, and thus, real-time motion generation is difficult, and some muscles are difficult to acquire signals in that they are affected by movement of other joints.
반면에, 힘센서 입력형 로봇은 사용자가 가하는 힘과 방향에 비례하여 전기신호를 발생시키는 힘 센서를 이용하는 방법으로서, 신호 검출이 용이하고, 측정된 신호의 신뢰성이 높은 장점이 있다.On the other hand, the force sensor input robot is a method using a force sensor that generates an electrical signal in proportion to the force and direction applied by the user, there is an advantage that the signal is easy to detect, the reliability of the measured signal is high.
그러나, 상기 힘센서 입력형 로봇은 작동 공간상에서의 모든 정보를 획득하기 위해서 6축 힘 센서가 필요하고, 6축 힘 센서가 사용되는 경우에 상기 센서에 부수적으로 설치되는 관련 부가 장비의 가격이 고가인 문제점을 갖는다.However, the force sensor input robot requires a six-axis force sensor to obtain all the information in the working space, and when the six-axis force sensor is used, the price of associated additional equipment additionally installed in the sensor is high. Have problems.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1목적은 인체의 손목에 해당되는 착용형 다관절 로봇암의 타단 사이에 설치된 힘센서로 인체의 동작에 의해 로봇과 인체의 사이에서 발생하는 상대적인 외력을 입력 받아 상기 외력의 3축으로의 힘의 방향과 크기를 사용하여 로봇암의 이동위치를 예측함과 아울러 상기 로봇암을 이동 위치로 이동시킬 수 있는 로봇암의 위치 산출 장치 및 이를 갖는 다관절의 로봇암, 이를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동 방법을 제공함에 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, the first object of the present invention is a force sensor installed between the other end of the wearable articulated robot arm corresponding to the wrist of the human body and the robot by the operation of the human body The robot arm can receive the relative external force generated between the human body and predict the robot arm's movement position by using the direction and magnitude of the force on the three axes of the external force and move the robot arm to the movement position. The present invention provides a position calculating device and a multiarm robot arm having the same, and a method of moving the multiarm robot arm using the same.
본 발명의 제 2목적은 인체의 상지에 장착되는 다관절 로봇암의 손목부분인 타단에 3축의 힘 센서를 장착하여 상기의 힘의 크기와 방향을 측정함으로써, 6축 힘 센서를 사용함에 따른 관련 부가 장비로 인한 고가를 현저하게 저감시킬 수 있는 로봇암의 위치 산출 장치 및 이를 갖는 다관절의 로봇암, 이를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동 방법을 제공함에 있다.The second object of the present invention is to install a three-axis force sensor on the other end of the wrist portion of the articulated robot arm mounted on the upper limb of the human body and to measure the magnitude and direction of the force, the associated by using a six-axis force sensor The present invention provides a robot arm position calculating device capable of significantly reducing the cost due to additional equipment, a robot arm having multiple joints, and a method of moving the robot arm having multiple joints using the same.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치는 일단이 중심축을 이루고 인체의 손목에 해당되는 타단이 자유단을 이루며 서로 회전되도록 연결되는 다수개의 착용형 로봇암들의 초기 위치 정보를 산출하는 초기 위치 산출부와, 상기 로봇암의 타단에 설치된 힘센서로 인체의 동작에 의해 상기 로봇암들과 상기 인체의 사이에서 발생되는 외력이 입력되어지면 상기 초기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암의 타단의 이 동 위치 정보를 산출하는 이동 위치 산출부를 포함한다.Position and posture calculation device of the wearable articulated robot arm using the input force of the human body of the present invention for achieving the above object is that one end forms a central axis and the other end corresponding to the wrist of the human body forms a free end and rotates with each other. An initial position calculator for calculating initial position information of a plurality of wearable robot arms connected thereto, and an external force generated between the robot arms and the human body by a human body using a force sensor installed at the other end of the robot arm. And a movement position calculator for calculating movement position information of the other end of the robot arm by using the initial position information.
여기서, 상기 초기 위치 산출부는 상기 중심축선과 상기 다수개의 로봇암들과 이루는 초기 각도값을 측정하는 각도 측정 수단과, 상기 초기 각도값을 사용하여 상기 로봇암의 끝단에 대한 초기 위치 좌표값을 측정하는 좌표 측정 수단을 구비하되,Here, the initial position calculating unit measures the initial position coordinate value of the end of the robot arm using the angle measuring means for measuring the initial angle value of the central axis and the plurality of robot arms, and the initial angle value. Provided with a coordinate measuring means,
상기 초기 위치 정보는 상기 초기 각도값과 상기 초기 위치 좌표값인 것이 바람직하다.The initial position information is preferably the initial angle value and the initial position coordinate value.
그리고, 상기 이동 위치 산출부는 상기 힘센서로 입력되어지는 상기 상대적인 외력의 의 크기와 방향에 따라 이동 위치 좌표값을 예측하는 좌표 예측 수단과, 상기 외력의 크기와 방향에 따라 예측된 상기 이동 위치 좌표값을 역변환하여 상기 외력이 가해진 이후에 일정 위치로 이동하기 위한 상기 로봇암들과 상기 중심축선과 이루는 이동 각도값을 산출하는 역변환 처리부와, 상기 이동 각도값과 상기 초기 각도값을 차분하여 변환 각도값을 산출하는 변환 각도값 산출수단을 구비하되,The moving position calculator includes coordinate prediction means for predicting a moving position coordinate value according to the magnitude and direction of the relative external force input to the force sensor, and the moving position coordinate value predicted according to the magnitude and direction of the external force. An inverse transform processor configured to calculate a shift angle formed by the robot arms and the central axis after the external force is applied by applying an inverse transform, and converts the shift angle value from the initial angle value to convert the shift angle value. Wherein the conversion angle value calculating means for calculating,
상기 이동 위치 정보는 상기 이동 위치 좌표값과 상기 이동 각도값과 상기 변환 각도값인 것이 바람직하다.Preferably, the movement position information is the movement position coordinate value, the movement angle value, and the conversion angle value.
또한, 상기 이동위치 좌표값은 상기 초기 위치 좌표값에서 상기 외력의 방향을 따르는 선 상에 위치되는 것이 바람직하다.In addition, the movement position coordinate value is preferably located on a line along the direction of the external force from the initial position coordinate value.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 갖는 착용형 다관절 로봇암은 그 일단 이 중심축을 이루고 타단이 자유단을 이루며 서로 회전되도록 연결되며 인체의 상지에 착용 가능한 다수개의 로봇암들과, 상기 로봇암들 사이에 설치되어 외부로부터 전원을 인가 받아 상기 로봇암들을 구동시키는 구동부와, 상기 로봇암의 타단에 설치되어 상기 인체의 상지가 동작함에 따라 상기 인체와 상기 로봇암과의 사이에서 발생되는 상대적인 힘이 입력되면, 3축의 상기 힘의 크기와 방향을 측정하는 힘센서와, 상기 로봇암들의 초기 위치 정보를 산출하는 초기 위치 산출부와, 상기 로봇암의 타단에 상기 상대적인 힘이 입력되면 상기 초기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암의 타단의 이동 위치 정보를 예측하는 이동 위치 산출부와, 상기 이동 위치 정보를 통하여 상기 구동부로 전기적 신호를 전송하여 상기 로붓암들을 일정 위치로 이동시키는 제어부를 포함한다.The wearable articulated robot arm having the position and posture calculating device of the wearable articulated robot arm using the input force of the human body of the present invention for achieving the above object has one center axis and the other end forming a free end. A plurality of robot arms connected to each other and worn on the upper limbs of the human body, a driver installed between the robot arms and receiving power from the outside to drive the robot arms, and installed at the other end of the robot arm. As the upper limb of the human body operates, when a relative force generated between the human body and the robot arm is input, a force sensor measuring the magnitude and direction of the force on three axes and calculating initial position information of the robot arms When the relative position is input to the initial position calculation unit and the other end of the robot arm, the initial position information is used to determine the other end of the robot arm. A movement position calculator for predicting movement position information, and a control unit which transmits an electrical signal to the driving unit through the movement position information to move the robutaarm to a predetermined position.
여기서, 상기 초기 위치 산출부는 상기 중심축선과 상기 다수개의 로봇암들과 이루는 초기 각도값을 측정하는 각도 측정 수단과, 상기 초기 각도값을 사용하여 상기 로봇암의 끝단에 대한 초기 위치 좌표값을 측정하는 좌표 측정 수단을 구비하되,Here, the initial position calculating unit measures the initial position coordinate value of the end of the robot arm using the angle measuring means for measuring the initial angle value of the central axis and the plurality of robot arms, and the initial angle value. Provided with a coordinate measuring means,
상기 초기 위치 정보는 상기 초기 각도값과 상기 초기 위치 좌표값인 것이 바람직하다.The initial position information is preferably the initial angle value and the initial position coordinate value.
그리고, 상기 이동 위치 산출부는 상기 힘센서로 입력되어지는 상기 상대적인 외력의 의 크기와 방향에 따라 이동 위치 좌표값을 예측하는 좌표 예측 수단과, 상기 외력의 크기와 방향에 따라 예측된 상기 이동 위치 좌표값을 역변환하여 상기 외력이 가해진 이후에 일정 위치로 이동하기 위한 상기 로봇암들과 상기 중심축선 과 이루는 이동 각도값을 산출하는 역변환 처리부와, 상기 이동 각도값과 상기 초기 각도값을 차분하여 변환 각도값을 산출하는 변환 각도값 산출수단을 구비하되,The moving position calculator includes coordinate prediction means for predicting a moving position coordinate value according to the magnitude and direction of the relative external force input to the force sensor, and the moving position coordinate value predicted according to the magnitude and direction of the external force. An inverse transform processing unit configured to calculate a shift angle between the robot arms and the central axis to move to a predetermined position after the external force is applied by inverse transform, and convert the shift angle value and the initial angle value to convert the shift angle value. Wherein the conversion angle value calculating means for calculating,
상기 이동 위치 정보는 상기 이동 위치 좌표값과 상기 이동 각도값과 상기 변환 각도값이고,The movement position information is the movement position coordinate value, the movement angle value, and the conversion angle value,
상기 변환 각도값은 상기 구동부로 전송되는 전기적 신호인 것이 바람직하다.Preferably, the conversion angle value is an electrical signal transmitted to the driver.
또한, 상기 이동위치 좌표값은 상기 초기 위치 좌표값에서 상기 외력의 방향을 따르는 선 상에 위치되는 것이 바람직하다.In addition, the movement position coordinate value is preferably located on a line along the direction of the external force from the initial position coordinate value.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인체의 입력 힘을 사용하는 착용형 다관절 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동 방법은 그 일단이 중심축을 이루고 인체의 손목에 해당되는 타단이 자유단을 이루며 서로 회전되도록 연결되는 다수개의 착용형 로봇암들의 초기 위치 정보를 취득하는 제 1단계와, 상기 로봇암의 타단에 설치된 힘센서로 인체의 동작에 의해 상기 로봇암들과 상기 인체의 사이에서 발생되는 외력이 입력되어지면 상기 초기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암의 타단의 이동 위치 정보를 예측하는 제 2단계와, 상기 이동 위치 정보를 통하여 상기 로붓암들을 일정 위치로 이동시키는 제 3단계를 포함한다.Robot arm position movement method of the articulated joint using the position and posture calculating device of the wearable articulated robot arm using the input force of the human body of the present invention for achieving the above object is one end of the central axis to the wrist of the human body A first step of acquiring initial position information of a plurality of wearable robot arms connected to the other end to form a free end and rotating to each other; and a force sensor installed at the other end of the robot arm to operate the human body with the robot arms. A second step of predicting movement position information of the other end of the robot arm by using the initial position information when the external force generated between the human body is input, and moving the robutam arms to a predetermined position through the movement position information It includes a third step to make.
여기서, 상기 제 1단계는 상기 로봇암들과 상기 중심축과의 초기 각도값을 산출하는 단계와, 상기 초기 각도값을 통하여 상기 로봇암의 타단의 초기 위치 좌 표값을 산출하는 단계를 포함하되,Here, the first step includes calculating an initial angle value between the robot arms and the central axis, and calculating an initial position coordinate value of the other end of the robot arm through the initial angle value,
상기 초기 위치 정보는 상기 초기 각도값과 상기 초기 위치 좌표값인 것이 바람직하다.The initial position information is preferably the initial angle value and the initial position coordinate value.
또한, 상기 힘센서를 통하여 측정되는 상기 힘의 크기와 방향에 따라 이동 위치 좌표값을 측정예측하는 단계와, 상기 이동 위치 좌표값과 상기 초기 각도값을 역변환하여 상기 외력이 가해진 이후에 일정 위치로 이동된하기 위한 상기 로봇암들과 상기 중심축과 이루는 이동 각도값을 산출하는 단계와, 상기 이동 각도값과 상기 초기 각도값을 차분하여 변환 각도값을 산출하는 단계를 포함하되,The method may further include measuring and predicting a moving position coordinate value according to the magnitude and direction of the force measured by the force sensor, and inverting the moving position coordinate value and the initial angle value to a predetermined position after the external force is applied. Calculating a moving angle value formed with the robot arms and the central axis to be moved, and calculating a conversion angle value by differentiating the moving angle value and the initial angle value,
상기 이동 위치 정보는 상기 이동 위치 좌표값과 상기 이동 각도값과 상기 변환 각도값이고, 상기 변환 각도값은 상기 로봇암을 일정 위치로 이동시키도록 사용되는 것이 바람직하다.The movement position information is the movement position coordinate value, the movement angle value, and the conversion angle value, and the conversion angle value is preferably used to move the robot arm to a predetermined position.
또한, 상기 이동위치 좌표값은 상기 초기 위치 좌표값에서 상기 외력의 방향을 따르는 선 상에 위치되는 것이 바람직하다.In addition, the movement position coordinate value is preferably located on a line along the direction of the external force from the initial position coordinate value.
이하, 첨부되는 도면들을 참조로 하여 본 발명의 로봇암의 위치 산출 장치와, 이를 갖는 다관절의 로봇암을 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a robot arm position calculation apparatus of the present invention, and a multi-arm robot arm having the same.
도 1은 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 갖는 다관절의 로봇암을 보여주는 사시도이다. 도 2는 본 발명에 따르는 힘센서의 장착상태를 보여주는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 로봇암을 통한 본 발명의 위치 산출 장치의 동작원리에 대한 제 1예를 보여주는 도면이다. 도 4는 본 발명의 다관절의 로봇암을 보여 주는 측면도이다. 도 5는 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치의 동작원리에 대한 제 2예를 보여주는 도면이다. 도 6은 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 보여주는 블록도이다.1 is a perspective view showing a multi-arm robot arm having a device for calculating the position and attitude of the robot arm of the present invention. 2 is a perspective view showing a mounting state of the force sensor according to the present invention. 3 is a view showing a first example of the operation principle of the position calculation device of the present invention through the robot arm of the present invention. Figure 4 is a side view showing a robotic arm of the articulated joint of the present invention. 5 is a view showing a second example of the operation principle of the robot arm position and attitude calculation apparatus of the present invention. Figure 6 is a block diagram showing a position and attitude calculation device of the robot arm of the present invention.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 로봇암은 인체의 상지에 장착되는 다관절의 로봇암이다.1 to 2, the robot arm of the present invention is a multi-arm robot arm mounted on the upper limb of the human body.
상기 다관절의 로봇암(100)은 그 일단이 인체(10)의 어깨부분에서 중심축(C)을 이루고, 타단이 인체(10)의 손목 부분에 위치되고 자유단을 이룬다. 상기 다관절의 로봇암(100)은 서로 회전되도록 연결된다.One end of the
상기 로봇암들(100)의 사이에는 구동부(200)가 설치된다. 상기 구동부(200)는 외부로부터 전원을 인가 받아 상기 로봇암들(100)을 각각 구동시킬 수 있다.The driving
상기 로봇암(100)의 타단에는 힘센서(300)가 장착된다. 상기 힘센서(300)는 인체(10)의 손목에 해당되는 착용형 다관절 로봇암의 타단 사이에 설치된 상기 힘센서로 사람의 동작에 의해 로봇과 사람 사이에서 발생하는 상대적인 외력에 대한 3축의 힘(F)의 크기와 방향을 인지할 수 있다.The other end of the
또한, 도 4 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 로봇암(100)은 상기 힘센서(300)를 통하여 인지된 힘(F)의 크기와 방향을 통하여 이동되는 위치를 추정하여 상기 구동부(200)로 신호를 전송하여 로봇암(100)을 구동시킬 수 있는 위치 산출 장치(400)를 구비한다.4 and 6, the
상기 위치 산출 장치(400)는 상기 로봇암들(100)의 초기 위치 정보를 산출하는 초기 위치 산출부(410)와, 상기 로봇암(100)의 타단에 외력이 가해지면 상기 초 기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암(100)의 타단의 이동 위치 정보를 산출하는 이동 위치 산출부(420)와, 상기 이동 위치 정보를 통하여 상기 구동부(200)로 전기적 신호를 전송하여 상기 로붓암들(100)을 일정 위치로 이동시키는 제어부(430)를 구비한다.The
여기서, 상기 초기 위치 산출부(410)는 상기 중심축(C)과 상기 다수개의 로봇암들(100)과 이루는 초기 각도값(θ2, θ3)을 측정하는 각도 측정 수단(411)과, 상기 초기 각도값(θ2, θ3)을 사용하여 상기 로봇암(100)의 끝단에 대한 초기 위치 좌표값(A, P)을 측정하는 좌표 측정 수단(412)을 구비한다.Here, the initial
상기 초기 위치 정보는 상기 초기 각도값(θ2, θ3)과 상기 초기 위치 좌표값(A, P)이다.The initial position information is the initial angle values θ2 and θ3 and the initial position coordinate values A and P.
그리고, 상기 이동 위치 산출부(420)는 상기 힘센서(300)를 통하여 측정되는 상기 힘(F)의 크기와 방향에 따라 이동 위치 좌표값(A', P')을 측정하는 좌표 예측 수단(421)과, 상기 초기 위치 좌표값에 외력의 힘의 크기와 방향에 따라 이동한 위치 좌표값(A', P')을 역변환하여 상기 외력이 가해진 이후에 일정 위치로 이동된 상기 로봇암들(100)과 상기 중심축(C)과 이루는 이동 각도값(θ2', θ3')을 산출하는 역변환 처리부(422)와, 상기 이동 각도값(θ2', θ3')과 상기 초기 각도값(θ2, θ3)을 차분하여 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)을 산출하는 변환 각도 산출 수단(423)을 구비한다.And, the movement
상기 이동 위치 정보는 상기 이동 위치 좌표값(A', P')과 상기 이동 각도값(θ2', θ3')과 상기 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)이다.The moving position information is the moving position coordinate values A 'and P', the moving angle values θ2 'and θ3', and the conversion angle values Δθ2 and Δθ3.
상기 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)은 상기 구동부(200)로 전송되는 전기적 신호인 것이 바람직하다.The conversion angle values Δθ 2 and Δθ 3 are preferably electrical signals transmitted to the
또한, 상기 이동 위치 좌표값(A', P')는 상기 초기 위치 좌표값(A, P)에서의 상기 외력에 의하여 형성되는 힘(F)의 방향을 따르는 선상에 위치된다.Further, the movement position coordinate values A ', P' are located on a line along the direction of the force F formed by the external force at the initial position coordinate values A, P.
상기에서 미 설명 부호인 '20'은 로봇암(100)과 인체(10)의 손목 부분을 체결하는 인터페이스이고, 이 인터페이스는 로봇암(100)의 타단에 장착된다.In the above description, '20' is an interface for fastening the
다음은, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 착용형 로봇암의 위치 산출 장치와, 이를 갖는 다관절의 로봇암의 작용 및 효과와, 이를 통하여 본 발명의 로봇암의 위치 산출 장치를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동방법을 설명하도록 한다.Next, the position calculating device of the wearable robot arm of the present invention having the configuration as described above, the operation and effect of the robot arm of the articulated joint having the same, and through this the articulated joint using the robot arm position calculation device of the present invention The robot arm position movement method will be described.
도 7은 본 발명의 로봇암의 위치 및 자세 산출 장치를 사용한 다관절의 로봇암 위치 이동방법을 보여주는 흐름도이다. 도 8은 본 발명에 따르는 제 1단계를 보여주는 흐름도이다.7 is a flow chart showing a method for moving the position of the robot arm of the articulated joint using the robot arm position and attitude calculation apparatus of the present invention. 8 is a flowchart showing a first step according to the invention.
도 2 내지 도 6 및 도 7 내지 도 9를 참조하면, 그 일단이 중심축(C)을 이루고 타단이 자유단을 이루며 서로 회전되도록 연결되는 다수개의 로봇암들(100)의 초기 위치 정보를 취득하는 제 1단계를 거친다(S100).2 to 6 and 7 to 9, the first position information of the plurality of
본 발명의 로봇암(100)은 인체(10)의 상지에 착용된다.The
이때, 본 발명에 따르는 초기 위치 산출부(410)는 상기 로봇암(100)의 초기 위치 정보를 산출할 수 있다.In this case, the
즉, 도 3 및 도 4를 참조하면, 로봇암들(100)의 사이에는 구동부(200)가 설 치되는 O point와 A point와 인체(10)의 손목 부분에 해당되는 로봇암(100)의 타단인 P point로 구분된다. 상기 O point는 인체(10)의 어깨에 해당되고 로봇암(100)의 중심축(C)이다.That is, referring to FIGS. 3 and 4, the
이때, 인체(10)는 상지를 일정 위치로 이동하기 위하여 힘(F)을 발생시킬 수 있다.At this time, the
이어, 본 발명에 따르는 초기 위치 산출부(410)는 상기 로봇암들(100)의 초기 위치 정보를 산출한다.Subsequently, the
즉, 본 발명에 따르는 각도 측정 수단(411)은 상기 로봇암들(100)과 상기 중심축(C)과의 초기 각도값인 θ2와 θ3를 산출한다(S10).That is, the angle measuring means 411 according to the present invention calculates θ2 and θ3 which are initial angle values between the
또한, 본 발명에 따르는 좌표 측정 수단(412)은 상기 초기 각도값과 로봇암(100)의 길이를 사용하여 상기 로봇암(100)의 타단의 초기 위치 좌표값인 A(YA,ZA), P(YP,ZP)를 산출한다(S120).Further, the coordinate measuring means 412 according to the present invention uses the initial angle value and the length of the
이어, 상기 힘센서(300)에 힘이 가해지면 상기 초기 위치 정보를 사용하여 상기 로봇암(100)의 타단이 이동해야 할 이동 위치 정보를 산출하는 제 2단계를 거친다(S200).Subsequently, when a force is applied to the
도 4를 참조하면, 상기 인체(10)로부터 입력된 힘(F)은 초기 위치인 P 위치에서 힘(F)를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 힘(F)의 방향과 동일 선상의 이동위치인 P'을 결정할 수 있다. 이때 k는 힘(F)을 위치의 값으로 변경 시켜주는 상수이다. k의 크기에 따라 P'의 크기가 달라진다. Referring to FIG. 4, the force F input from the
이때, 인체(10)의 손목에 해당되는 로봇암(100)의 타단 사이에 설치된 힘센 서(300)는 인체(10)의 동작에 의해 로봇과 사람 사이에서 발생하는 상대적인 힘을 입력받고, 상기 입력된 힘(F)의 크기와 방향을 인지할 수 있다. At this time, the
따라서, 본 발명의 좌표 예측 수단(421)은 상기 힘센서(300)를 통하여 측정되는 상기 힘(F)의 크기와 방향에 따라 이동 위치 좌표값(A', P')을 산출하여 인체(10)의 상지의 동작을 추정할 수 있다(S210).Accordingly, the coordinate predicting means 421 of the present invention calculates the movement position coordinate values A 'and P' according to the magnitude and direction of the force F measured by the
이어, 본 발명에 따르는 역변환 처리부(422)는 상기 이동 위치 좌표값인 P'를 역변환 함으로 상기 외력 입력에 의해 상기 로봇암(100)이 이동하게 될 P'의 위치로 이동하기 위한 상기 로봇암들(100)의 상기 중심축(C)으로부터 이동 각도값인 θ2', θ3'을 산출할 수 있다(S220).Subsequently, the inverse
이어, 본 발명에 따르는 변환 각도 산출 수단(423)은 상기 산출된 이동 각도값(θ2', θ3')과 상기 초기 각도값(θ2, θ3)을 차분하여 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)을 산출 할 수 있다(S230).Subsequently, the conversion angle calculating means 423 calculates the conversion angle values Δθ2 and Δθ3 by differentially calculating the moving angle values θ2 'and θ3' and the initial angle values θ2 and θ3. It may be (S230).
따라서, 상기 산출된 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)은 전기적 신호의 형태로 본 발명에 따르는 제어부(430)로 전송된다.Accordingly, the calculated conversion angle values Δθ 2 and Δθ 3 are transmitted to the
여기서, 본 발명에 따르는 역변환 처리부(422) 및 변환 각도 산출 수단(423)에서 상기 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)을 산출하는 구체적인 방법으로는 전형적으로 역변환 또는 역기구학이라 칭하여지는 변환식을 사용한다.Here, as a specific method for calculating the conversion angle values Δθ2 and Δθ3 in the inverse
이는 통상 로봇암(100)의 손끝의 툴위치와 자세에서 각 관절의 각도를 구하는 변환식이다. 상기 변환식에 대해서는 다양한 문헌(예컨대, "로봇기초이론" : 요시카와 츠네오 저)에 기재되어 있기 때문에 이하에서는 생략하기로 한다.This is a conversion formula for calculating the angle of each joint in the tool position and posture of the fingertip of the
다음, 본 발명에 따르는 제어부(430)는 상기 변환 각도값(Δθ2, Δθ3)인 이동 위치 정보를 사용하여 상기 로붓암들(100)을 일정 위치로 이동시키는 제 3단계를 거친다(S300).Next, the
즉, 상기 제어부(430)는 구동부(200)로 전기적 신호를 전송한다. 상기 구동부(200)는 상기 로봇암들(100)을 초기 각도값인 θ2, θ3에서 Δθ2, Δθ3 만큼 회전되도록 구동시키어 위치시킬 수 있다.That is, the
한편, 도 5에는 본 발명의 착용형 다관절 로봇암(100)이 3차원 공간에서 인체(10)의 손목 부분과 로봇암(100) 사이의 힘센서(300)로 측정된 상기 외력에 의해 초기 위치(P)에서 이동 위치(P')로 이동되는 것을 보여주고 있다.Meanwhile, in FIG. 5, the wearable articulated
이러한 경우에도, 본 발명의 위치 산출 장치(400)를 통하여 상기와 같은 정보를 산출하는 방법은 동일하다. 다만, X,Y,Z의 3축을 이루기 때문에 좌표값이 3축에 대한 좌표값을 갖는다.Even in this case, the method of calculating the above information through the
즉, 본 발명에 따르는 각도 측정 수단(411)은 θ1, θ2, θ3를 측정할 수 있고, 좌표 측정 수단(412)은 P(XP, YP, ZP)를 산출할 수 있다.That is, the angle measuring means 411 according to the present invention can measure θ1, θ2 and θ3, and the coordinate measuring means 412 can calculate P (XP, YP, ZP).
이어, 좌표 예측 수단(421)은 P'(XP', YP', ZP')를 산출할 수 있고, 역변환 처리부(422)는 θ1', θ2', θ3'를 산출할 수 있고, 변환 각도 산출 수단(423)은 Δθ1, Δθ2, Δθ3를 산출할 수 있다.Subsequently, the coordinate predicting means 421 may calculate P '(XP', YP ', ZP'), and the inverse
상기 변환 각도 산출 수단(423)은 Δθ1, Δθ2, Δθ3을 전기적 신호의 형태로 제어부(430)로 전송한다.The conversion angle calculation means 423 transmits Δθ1, Δθ2, and Δθ3 to the
따라서, 상기 제어부(430)는 구동부(200)로 전기적 신호를 전송한다. 상기 구동부(200)는 상기 로봇암들(100)을 초기 각도값인 θ1, θ2, θ3에서 Δθ1, Δθ2, Δθ3 만큼 회전되도록 구동시키어 위치시킬 수 있다.Therefore, the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 인체의 상지에 장착되는 착용형 다관절 로봇암의 손목부분인 타단에 인체로부터 외력이 가해지면 상기 외력의 3축으로의 힘의 방향과 크기를 사용하여 로봇암이 인체의 상지인 사람의 팔의 이동위치를 추정함과 아울러 상기 로봇암을 이동 위치로 이동시킬 수 있는 효과를 갖는다.As described above, the present invention, when the external force is applied to the other end of the wrist portion of the wearable articulated robot arm mounted on the upper limb of the human body using the direction and magnitude of the force to the three axes of the external force robot arm The robot arm has an effect of estimating the movement position of the arm of the person, which is the upper limb of the human body, and moving the robot arm to the movement position.
또한, 본 발명은 인체의 상지에 장착되는 다관절 로봇암의 손목부분인 타단에 3축의 힘 센서를 장착하여 상기의 힘의 크기와 방향을 측정함으로써, 공간상의 모든 정보 획득을 위해 필요한 6축 힘 센서를 사용함에 따른 관련 부가 장비로 인한 고가를 현저하게 저감시킬 수 있는 효과를 갖는다.In addition, the present invention by mounting a three-axis force sensor on the other end of the wrist portion of the articulated robot arm mounted on the upper limb of the human body by measuring the magnitude and direction of the force, the six-axis force required for obtaining all the information in space The use of the sensor has the effect of significantly reducing the cost due to the associated additional equipment.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106846372A (en) * | 2017-02-13 | 2017-06-13 | 南京升渡智能科技有限公司 | Human motion quality visual A+E system and method |
US9895087B2 (en) | 2015-08-25 | 2018-02-20 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Wearable apparatus for measuring position and action of arm |
CN110142762A (en) * | 2019-05-10 | 2019-08-20 | 武汉库柏特科技有限公司 | A kind of joint of robot position control method, device and robot |
CN117400228A (en) * | 2023-12-04 | 2024-01-16 | 广东东软学院 | Wearable mechanical arm for rapid assembly of industrial assembly line |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100321497B1 (en) * | 1998-07-10 | 2002-06-22 | 최명환 | Robot Motion Teach Method |
KR100299210B1 (en) * | 1999-03-12 | 2001-09-22 | 박호군 | Master device having force reflective function |
US7204814B2 (en) | 2003-05-29 | 2007-04-17 | Muscle Tech Ltd. | Orthodynamic rehabilitator |
KR100651638B1 (en) | 2005-12-30 | 2006-12-01 | 서강대학교산학협력단 | Muscle fiber expansion sensor of robot for assistant exoskeletal power |
-
2007
- 2007-06-27 KR KR1020070063542A patent/KR100895692B1/en active IP Right Grant
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9895087B2 (en) | 2015-08-25 | 2018-02-20 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Wearable apparatus for measuring position and action of arm |
CN106846372A (en) * | 2017-02-13 | 2017-06-13 | 南京升渡智能科技有限公司 | Human motion quality visual A+E system and method |
CN106846372B (en) * | 2017-02-13 | 2020-04-03 | 南京升渡智能科技有限公司 | Human motion quality visual analysis and evaluation system and method thereof |
CN110142762A (en) * | 2019-05-10 | 2019-08-20 | 武汉库柏特科技有限公司 | A kind of joint of robot position control method, device and robot |
CN110142762B (en) * | 2019-05-10 | 2022-02-01 | 武汉库柏特科技有限公司 | Robot joint position control method and device and robot |
CN117400228A (en) * | 2023-12-04 | 2024-01-16 | 广东东软学院 | Wearable mechanical arm for rapid assembly of industrial assembly line |
CN117400228B (en) * | 2023-12-04 | 2024-04-02 | 广东东软学院 | Wearable mechanical arm for rapid assembly of industrial assembly line |
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